几个世纪以来，人们一直将城市描绘成非自然的人类聚集地，受公共卫生危机、侵略行为和生活成本过高等病态现象的困扰。那么，为什么世界各地的人们仍然不断离开乡村前往城镇呢？一项正在形成城市多学科科学的研究开始揭示答案：城市集中、加速和多样化社会和经济活动。
数字显示，城市居民产生更多的发明，创造更多的经济增长机会。通常，大城市也是地球上最绿色的地方，因为居住在人口更稠密地区的人们通常能源足迹更小，需要的基础设施更少，人均消耗的世界资源也更少。与郊区或农村地区相比，城市以更少的资源做更多的事情。而且城市越大，它们往往变得越高效和生产力更高。
人口的力量
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这种新的、更量化的城市科学之所以成为可能，是因为关于全球城市和都市区的信息（官方统计数据以及人类和社会活动的新颖衡量标准）的可用性不断提高。
通过筛选来自世界各地数千个城市的大量数据，我们揭示了几条数学“定律”，这些定律解释了将人们集中在一个地方如何影响经济活动、基础设施投资回报和社会活力。尽管美国、中国、巴西和其他国家的都市区具有丰富的多样性，但我们发现在社会经济特征随城市人口增长的方式上存在显著的普遍性。例如，如果一个城市的人口翻了一番，无论是从 40,000 人增加到 80,000 人，还是从 400 万人增加到 800 万人，我们系统地看到诸如人均工资和专利产量等指标平均增长约 15%。如果 800 万人都住在一个城市，那么每个人的经济产出通常会比相同的 800 万人住在两个规模减半的城市中高出约 15%。我们将这种效应称为“超线性 scaling”：城市的社会经济特性增长速度快于人口的直接（或线性）关系所预测的速度 [见下图]。
数据还显示，城市对资源的使用遵循类似的，但相反的规律。当城市规模扩大一倍时，其实际基础设施——从加油站的数量到管道、道路或电线的总长度——并没有翻倍。相反，这些数量的增长速度慢于人口规模：一个拥有 800 万人口的城市，人均所需的相同基础设施通常比两个各拥有 400 万人口的城市少 15%。这种模式被称为亚线性 scaling。平均而言，城市越大，其基础设施利用效率越高，从而在材料、能源和排放方面实现重要节省。
我们的研究结果还表明，生产力提高和成本降低的这些模式在发展水平、技术和财富水平差异很大的国家中都成立。尽管我们掌握了更多关于世界较富裕地区城市的信息，但我们也在开始从快速发展中国家获得良好的数据，而且它们似乎也符合同样的模式。
尽管城市超线性 scaling 在全球范围内普遍存在，但实际城市与规模带来的大约 15% 的人均增长存在不同程度的偏差。例如，涵盖 40 年的详细数据显示，旧金山和波士顿比其规模所显示的更富有，而加利福尼亚州的凤凰城和河滨市则相对贫穷。奇怪的是，这些偏差持续了几十年：城市往往与它们表现优异或表现不佳的历史非常接近。例如，那些试图成为“下一个硅谷”的城市往往结果令人失望。我们的研究表明，社会动态的某些无形品质——而不是物质基础设施的发展——是产生创新和创造财富良性循环的关键。这些过程，例如本地创业精神的发展、前沿新颖性的声誉以及卓越和竞争力的文化，很难通过政策来设计，因为它们依赖于城市社会结构在多个维度上的动态。
更多的人口意味着更多的红利。比较都市区（橙色立方体是美国数据）的研究表明，平均而言，大城市比小城市人均创造更多的财富和创新。随着城市人口的增加（从左到右），工资（水平面）和专利（垂直面）的增长速度甚至更快。如果这些指标仅以与人口相同的速度增长（直接比例），则立方体将更接近蓝线。一个典型的例子：圣路易斯和巴尔的摩地区，每个地区约有 250 万居民，创造的总工资为 1180 亿美元，而达拉斯，拥有 500 万人口，工资为 1300 亿美元。 图片来源：Bryan Christie 图表；来源：美国经济分析局（美国都市区工资）；美国专利商标局（2000-2005 年间美国都市区提交的专利数据）；由 Deborah Strumsky 和 José Lobo 提供
然而，我们可以肯定地说，人口增加促进了更频繁和更密集的社交互动，这些现象与更高的生产力和创新率以及消除低效率的经济压力相关。在租金高昂的城市中，只有增加实质价值的活动才能盈利。这些经济压力促使城市居民提出新的组织、产品和服务形式。反过来，更高的盈利能力、卓越性和选择性往往会吸引更多人才来到城市，进一步推高租金，从而推动人们需要寻找更具生产力的活动。简而言之，这种反馈机制是城市加速创新的主要原因。
更密集但更绿色
尽管城市在富裕国家和贫穷国家都创造了经济机会，但居住在较富裕地区的人们很难想象为什么这么多贫穷国家的居民会被内罗毕、拉各斯或孟买等城市所吸引，在那里，新来者往往最终住在充斥着污染、犯罪和疾病的贫民窟中。然而，这些骇人听闻的条件应该让发达国家的居民想起他们自己的城市过去。当查尔斯·狄更斯在 19 世纪中期描写伦敦的生活，或者当雅各布·里斯在 19 世纪后期拍摄纽约市下东区包厘街区时，他们都在报道类似的境况。这些城市在 19 世纪经历了爆炸式增长——伦敦增长了七倍，纽约增长了近 60 倍。管理良好的现代城市已经证明，普遍存在的弊病并非不可避免。这些问题主要源于不存在或规划不善以及缺乏良好的治理。事实上，这些组织特征的发展可能是城市化最重要和最持久的影响，因为它为国家层面的社会经济发展铺平了道路。
除了财富和创新之外，即使在没有立法的情况下，也会产生一些好处。一个值得注意的例子是城市对环境的影响。高质量的数据现在才开始出现，但我们已经可以看到，美国最大的城市人均二氧化碳排放量最低。这种收益主要是人们生活在更高密度地区的一个计划外的副产品，因为大部分节省来自节能的公共交通和简单的步行而不是驾驶。
对于印度或中国等发展中国家来说，环境效率变得更具挑战性，因为这些国家仍然需要建设大量的城市基础设施。尽管如此，城市化可能是我们星球环境挑战的最可持续的解决方案。
然而，不受约束的增长可能会引发危机，在极端情况下，除非找到重大创新来刺激新的增长周期，否则可能会导致城市崩溃。从这个意义上讲，城市永远不会处于稳定的平衡状态。它们存在于动态平衡之中——一种拉锯战——在将它们结合在一起的力量和那些可能将它们撕裂的力量之间。这种张力是城市推动创新的另一个原因：人类文明的许多伟大发明都源于迫切的需求。想想管道、电力，甚至民主——更不用说咖啡馆了。
城市增长面临的持续挑战是，人类的创造力是否能够保持足够快的创新速度，以维持不断扩大的城市人口，同时减少我们的人均资源消耗和对地球的影响。只要这种趋势能够继续下去，城市将会变得越来越大，并将成为更具创造力和繁荣的人类不可避免的未来。